浅议稀土永磁钕铁硼的未来发展及应用

孙允成

摘 要：作为稀土最重要的应用领域之一，稀土永磁钕铁硼材料是支撑现代社会的重要基础材料，近年来凭借其高剩磁、高矫顽力以及高磁能积且具有良好的动态回复特性等优点，迅速在世界范围内掀起一股开发研究热潮。文章从分析稀土永磁钕铁硼的发展现状出发，指出了稀土永磁钕铁硼的发展趋势，进而从多个角度阐述了其广阔的应用前景

关键词：钕铁硼 发展现状 趋势分析 前景展望

中图分类号：F270.7 文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2016）05-294-02

一、引言

自1983年日本助友金属公司首次发明以来，钕铁硼永磁凭借其高剩磁、高矫顽力以及高磁能积且具有良好的动态回复特性等优点，迅速在世界范围内掀起一股开发研究热潮。特别是美国、日本等近年来在该领域内投入大量的人力、物力和财力，使得钕铁硼永磁的开发和应用得到了超常规的发展。欧洲共同体拨专款研制钕铁硼永磁材料，在钕铁硼的生产制造工艺上，不断取得新的突破。目前，钕铁硼永磁的应用，已涉及国民经济的各个领域，特别是在永磁除铁器、计算机工业、信息工业、汽车工业、核磁共振成像工业、CD-ROM、DVD音像工业及磁性分离器等方面有着广泛的应用前景。钕铁硼永磁的开发和应用，已成为一项上升为国家高度的战略性新兴产业。

二、稀土永磁钕铁硼的发展现状

我国钕铁硼磁体的产量上已经超过日本，是生产大国。近年来，先后涌现出近10家产销超亿元的企业集团以及10多家电子元件百强企业、20多家出口创汇超百万美元的企业，国内外订单充裕，销售市场广阔，显示出这个行业发展正驶入“快车道”。

目前，稀土永磁材料在核磁共振成像仪、电机、音响、磁选机、电度表、磁化器、传感器等器件上的应用有扩大之外，在高新技术、国防军工、工农业和家用电器等领域的应用取得了很大的进步。近年来在地震检波器、永磁除铁设备、磁渗药品、电动车、汽车等新应用发展较快。目前我国烧结钕铁硼在各个领域应用比例为：电声音响占32%，磁化器占21%，电机和传感器占31%，磁联轴及磁选机占9%，音圈马达及电度表占5%，其他为2%。

粘结钕铁硼永磁材料的生产及应用开发较晚，应用面不广，用量较小，主要用于办公室自动化设备、电装机械、视听设备、仪器仪表、小型马达和计量机械方面。近年我国粘结钕铁硼永磁材料的应用比例为：计算机占62%，电子工业占7%，办公室自动化设备占8%，汽车占7%，器具占7%，其他占9%。

钕铁硼磁体可广泛应用于电动机、发动机、音圈马达、磁共振成像仪、通信、控制仪表、音响设备等方面。其最主要的应用领域是VCM（音圈马达），目前国外生产的烧结钕铁硼磁体约有一半用于VCM。除VCM以外，应用较多的领域是电动机和发电机，随着汽车工业的发展，今后这一领域对钕铁硼磁体的需求量将有较大增长。稀土永磁电机市场潜力大，是国内尚未充分开发的巨大领域。目前稀土永磁电机约有200万kW，只相当于各类电机总容量4亿kW的0.5%。若用稀土高效节电机替代老式J-JO及J2-JO2系列电机的50%，即1亿kW，则约需高性能烧结钕铁硼磁体5万吨。使用稀土永磁高效电机可节能15%-20%，减轻电机重量20%以上。稀土永磁高效电机已列为科技部“稀土应用工程”重点项目。

三、稀土永磁钕铁硼发展趋势分析

（一）开发高磁能积和高性能的各向异性稀土粘结磁体，突破技术瓶颈

1.要开发高磁能积粘结磁体。目前，稀土永磁材料的主导产品是钕铁硼，但从当前技术发展的需求来看，钕铁硼也存在一定的局限性。一般来说，磁体分为两类：烧结磁体和粘结磁体。钕铁硼烧结磁体是各向异性的，并且是全密度磁体，应用日益广泛。而钕铁硼粘结磁体是各向同性的，钕铁硼粘结磁体的不足不断凸显出来，首先，其磁粉是各向同性的，最大磁能积不过16MGOe；其次，成型工艺也有一定的局限性：钕铁硼快淬磁粉主要用于制作压缩粘结磁体，其产量仅占总粘结磁体产量的3%。随着电器小型化发展趋势的要求，开发高磁能积的粘结磁体成为市场新的需求方向。

2.要开发和生产高性能的各向异性稀土粘结磁体。为了满足低碳经济的发展要求，开发和生产高性能的各向异性稀土粘结磁体成为当前世界永磁材料领域前沿的尖端课题。国际上开发新型各向异性稀土粘结磁体有两个途径：（1）开发新材料，研究稀土铁氮新型永磁材料，制造单晶颗粒各向异性磁粉；（2）开发新工艺，制造具有织构的钕铁硼各向异性磁粉，包括制备钕铁硼HDDR（即吸氢—歧化—脱氢—再复合）各向异性磁粉和热挤压各向异性磁粉。

（二）保持辐照稳定性，实现在航空航天领域实现普遍应用

随着稀土永磁材料的不断发展，具有较高矫顽力和磁能积的高性能稀土磁体广泛应用于磁约束受控热核聚变、同步辐射装置、粒子加速器、波荡器、自由电子激光系统及核武器冲击系统和第四代光源的插入件等领域。随着我国航空航天技术的高速发展，神舟系列飞船的上天和嫦娥探月工程的启动等等，稀土永磁材料在这些领域的应用越来越多，对其进行辐照稳定性的研究显得格外迫切。SmCo磁体的辐照抗性比NdFeB的要强，这与它们的矫顽力机制有关，SmCo磁体的矫顽力为钉扎场机制，而NdFeB是成核场机制，这两种不同的矫顽力机制对其辐照稳定性有一定影响。通过掺杂提高磁体矫顽力，增大磁体长径比提高磁体工作点，通过涂覆或外加保护箱阻隔高能射线的射入等方法来提高磁体辐照抗性。

（三）研究开发纳米稀土永磁材料，实现技术飞跃

将稀土材料与纳米技术相结合，通过将纳米材料所具备的小尺寸效应、量子效应（含宏观量子隧道效应）、表面效应和界面效应等四大效应与稀土元素独特的电子层结构特点相结合，采用新型加工工艺制备纳米晶NdFeB磁粉，可大大降低烧结温度，而且所得到的磁体磁能积更高，磁体形状自由度好、尺寸精度高，因而成为各大NdFeB永磁体生产公司的研究热点，有着广阔的市场前景。德国学者Kneller和Hawig提出了纳米晶交换耦合永磁体的物理思想，认为软磁材料的饱和磁化强度（Ms）高但矫顽力（Hcj）小，而永磁材料的矫顽力（Hcj）大但饱和磁化强度（Ms）较低，因此，若能将这两种材料通过一定工艺复合在一起，通过两相晶粒间铁磁耦合且各相的线度在纳米范围内则可构成整体的高性能永磁材料，即纳米晶交换耦合永磁材料，它被认为是开发第四代稀土的永磁体。

四、稀土永磁钕铁硼应用前景展望

目前中国已经成为全球最大的稀土永磁生产基地，同时也是潜在稀土永磁的应用市场，由于我国丰富的稀土资源，较低的人工成本和广阔的市场，从而国外的钕铁硼制造业逐步向中国转移的态势势不可挡，中国必将成为世界一流的稀土永磁材料供应基地。我国要继续加强新型稀土磁性材料的探索、加强高档稀土磁性材料的开发、使我国稀土磁性材料能持续发展。同时要加强稀土行业自身的整合，不断提高管理和技术水平，在稀土产业向中国转移的过程中保持主动地位。总的来说，稀土永磁钕铁硼面临着较好的应用前景。

（一）行业快速发展基本可期

在国家新材料政策扶持和新能源、电子信息、节能电器及高科技领域等行业带动下，作为应用量最大的稀土功能材料——稀土永磁材料未来5年将实现稳定快速发展，预计在“十二五”我国稀土永磁材料市场增速保持20%以上基础上，“十三五”期间仍将保持高速增长势头。

在新能源风电领域，永磁风力发电机因效率高、体积小、可靠性高、结构简单等特点，成为风力发电机的首选。到2015年，我国风电实现了1亿千瓦装机容量，按照每台1兆瓦级永磁风力发电机需用钕铁硼0.6～1.5吨计算，约消耗钕铁硼6万～15万吨，钕铁硼永磁材料市场潜力巨大；在电子信息领域，计算机硬盘驱动器年全球产量将超过5亿只，DVDROM和刻录机全球的年产量超过12亿只，全球在该领域钕铁硼磁性材料年需要量约2万吨；此外，在节能电机、电器等行业也将为钕铁硼永磁巨大的消费市场。

在新能源汽车领域，目前混合动力车型是新能源汽车的主流。近年来混合动力车型得到了越来越多消费者的认可。在这股产业化浪潮中，国内汽车企业也正在向国际接轨。从最初合资企业一汽丰田引进普锐斯混合动力轿车到如今包括一汽、上汽、东风、长安、奇瑞、比亚迪的群雄逐鹿，混合动力汽车在我国已进入科研转向产业化的关键时期。混合动力车的发电机采用稀土永磁同步电机，每台电机需使用烧结钕铁硼磁体1～3千克。该稀土永磁同步电机是混合动力车的心脏。若按年增长率20%粗略估算，在2011-2015年期间，累计新增混合动力车将超过800万辆。假设每辆车使用1.5-3.0kg钕铁硼磁体，则“十二五”期间，全球混合动力车对高性能钕铁硼磁体的需求量约为1.2～2.4万吨，而“十三五”期间的需求量势必更大。

在信息产品领域，硬盘和光盘驱动器是都需要高性能烧结和粘结永磁材料，随着技术水平的提高，记录密度也不断攀升，如超过1TB的硬盘、蓝光DVD等，因而对磁性材料的性能要求也越来越高。2011年，由于泰国水灾造成硬盘生产受到影响，全球硬盘驱动器产量比2010年下降3.7%，达到6.261亿只，使用烧结钕铁硼磁体约6260吨。由于我们处在信息时代，每年硬盘驱动器具有较稳定的市场需求，2011-2015年期间，预计年增长率已经达到8%，累计硬盘驱动器产量达36.7亿只，使用约3.67万吨烧结钕铁硼磁体。“十三五”时期，随着国家各领域信息技术的大量应用，对信息产品的需求量势必更大，那么对烧结钕铁硼磁体的需求也势必更大。

“十三五”期间，稀土市场价格将有望继续高位运行，很难回到低价时代，这进一步刺激国际稀土矿山的勘探和开采，稀土价格最终将趋于合理，同时伴随着钕铁硼价格提升成本向下游转移，稀土永磁材料钕铁硼生产企业稀土原料成本压力会最终化解，从而实现行业经济稳步增长。

（二）行业出口前景一致看好

近年来，由于中国较丰富的稀土资源，稀土永磁材料产业的发展也较为迅速。稀土永磁的生产厂家由1983年的不足10家发展到2013年的百余多家，年生产能力不断提升，出口额不断增长。

稀土永磁材料的应用领域较多，在微特电机、汽车工业、电动汽车、电动自行车、现代医疗设备、扬声器和耳机等电子元件以及磁悬浮列车等方面均有用途，稀土永磁材料在国际上的需求较大。我国系统永磁材料行业起步较晚，生产技术较日本、欧美等国家较为落后，但是近年来，随着欧美国家的稀土永磁的生产逐步向中国转移，使得中国稀土永磁材料行业的技术水平不断提升，产品性能不断加强，在国际市场上的需求空间增大。

同时，由于我国近年来开始限制稀土的出口，使得国内的稀土永磁材料生产企业有了更大的发展空间，而原材料的缺乏必然会使得国外市场加大对中国产品的需求。因此，从长期来看，我国的稀土永磁材料行业出口前景较好。

参考文献：

[1] 尤勇.钕铁硼永磁的发展现状与应用[J].煤， 2003，12（3）：32-33

[2] 胡伯平.钕铁硼稀土磁体产业发展及市场前景[J]. 磁性材料及器件，2012，（12）

（作者单位：宁波思创磁铁有限公司 浙江宁波 315000）

（责编：赵毅）